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西德尼·查普曼

英国数学家、物理学家

西德尼·查普曼（英語：Sydney Chapman，1881年1月29日—1970年6月16日）[3]，也譯作雪梨·查普曼，英國數學家暨地球物理學家[4]，他對分子運動論、日地物理學和地球臭氧層的研究激發了人們數十年的廣泛探索[1][5][6][7][8]。

西德尼·查普曼
西德尼·查普曼 1888年-1970年
出生(1888-01-29)1888年1月29日
英國大曼徹斯特郡埃克爾斯（英語：Eccles, Greater Manchester）
逝世1970年6月16日(1970歲—06—16)（82歲）
美國科羅拉多州博爾德
公民權 英國
母校曼徹斯特大學
劍橋大學
知名於查普曼函數（英語：Chapman function）
查普曼-科爾莫戈羅夫等式
查普曼-恩斯克格理論（英語：Chapman–Enskog theory）
獎項皇家學會院士（1919年）[3]
史密斯獎（1913年）
亞當斯獎（英語：Adams Prize）（1928年）
皇家獎章（1934年）
克里獎章和獎金（英語：The Chree Medal and Prize）（1941年）
德摩根獎章（1944年）
威廉·鮑伊獎章（英語：William Bowie Medal）（1962年）
科普利獎章（1964年）
西蒙斯金質獎章（英語：Symons Gold Medal）（1965年）
科學生涯
機構曼徹斯特大學
劍橋大學
倫敦帝國學院
牛津大學
牛津大學王后學院
格林威治皇家天文台
學術指導者戈弗雷·哈洛德·哈代[1]
博士生

生平

教育經歷和早年生活

1888年1月29日，查普曼出生在英國沙爾福附近的埃克爾斯（Eccles），1902年在一所技術學院（即現今的沙爾福大學）開始了高中學業[9]，1904年在他16歲時，進入曼徹斯特維多利亞大學，並成為最後一位獲得家鄉獎學金資助的大學生。查普曼後來回憶：「有時我真的不知道，如果當時名次更低將會怎樣」[5]。他最初就讀於奧斯鮑恩·雷諾主管的工程系，其數學則受教於拜爾教授（教授職位名）賀拉斯·蘭姆和最後一學年來自劍橋大學的約翰·伊登斯爾·利特爾伍德。雖然查普曼以工程學學位畢業，但由於他對數學非常熱衷，因此，又留學一年取得了數學學位。遵照蘭姆教授的建議，查普曼申請了劍橋大學三一學院獎學金。起初他僅作為減費生只被給予了部分獎學金（這意味著他必須為其它學生服務才能獲得資助），但從次年起就獲得了全額獎學金。1910年他以數學學位甲等及格生（Wrangler）的成績畢業[6]，並在戈弗雷·哈洛德·哈代手下開始了純數學的研究，但一年後應弗蘭克·沃生·戴森爵士之邀，赴格林威治皇家天文台擔任了他的首席助理。

職業經歷

1914年到1919年，他回到劍橋大學擔任數學講師和三一學院研究員。1919年至1924年取得曼徹斯特大學應用數學拜爾教授職位，蘭姆也曾獲得這一職位，後來查普曼去了倫敦帝國學院。二戰期間，他曾一度擔任過軍事委員會科學顧問代表[6]。

1941年，查普曼被選為牛津大學「色德來自然哲學教授」（Sedleian Chair of Natural Philosophy，牛津大學數學研究所教授職位名），並被任命為牛津大學王后學院院士。1953年從牛津退休後，他利用一切機會在世界各地作研究和教學，包括在阿拉斯加大學、科羅拉多大學以及遠至伊斯坦堡、開羅、布拉格和東京等。1951年至1970年，他是阿拉斯加大學地球物理學院科學諮詢總監[10]，每年冬季都到阿拉斯加做為期三個月的極光研究，其餘時間則在科羅拉多州博爾德高海撥天文台（High Altitude Observatory）度過。

逝世

1970年6月16日，查普曼在科羅拉多州博爾德去世，享年82歲[6]。

學術研究

威爾弗里德·施洛德（Wilfried Schröder）在他的《對地球物理與宇宙物理史的貢獻》一書中，曾評述過查普曼與一些德國地球物理學家間的關係（如厄特爾、巴特爾斯和阿·施密特）[11]。

查普曼最出色的數學造詣是在隨機過程領域，尤其是馬爾可夫過程。在他對馬爾可夫隨機過程及其概括的研究中,查普曼和俄國安德雷·柯爾莫哥洛夫各自在該領域獨立開發出了關鍵方程式-查普曼-科爾莫戈羅夫等式。查普曼被認為是在1930年率先對行臭氧層光化學機制進行研究之人[12]。

查普曼也被公認為是日地物理學先驅之一[4]，這方面的興趣源於他早期對氣體的分子運動理論的研究。他還研究過磁暴和極光，發展出通過地磁場與太陽風之間相互作用的關係來解釋它們的理論。他曾質疑和嘲笑過挪威地球物理學家克雷斯蒂安·伯克蘭（Kristian Birkeland）和漢尼斯·阿爾文（Hannes Alfven）的研究，但後來又採納了伯克蘭的理論[13][14]。查普曼和他的學士後學生費雷羅（V. C. A. Ferraro）在20世紀30年代初就預示過磁層的存在，他們還預測出30年後被探索者12號衛星證實的磁層特徵[5]。

1940年，查普曼與在華盛頓卡耐基學院的德國同事朱利葉·斯巴特爾斯（Julius Bartels）共同出版了一部上下二冊有關地磁的書籍 [15][16]，該本書後來成為接下來二十年的標準教材[5]。

查普曼是國際地球物理年特別委員會主席，國際地球物理年的想法源自查普曼與詹姆士·范·艾倫等科學家的一次討論。國際地球物理年極大地促進了地球與空間科學等領域的發展，也導致了首顆人造衛星的發射。查普曼在國際地球物理年中的角色以及他對極光和夜光雲業餘研究工作的支持，特別是與德國人的合作，也被威爾弗里德·施洛德談到過[17]。

榮譽和獎項

查普曼一生曾獲得過許多榮譽，其中包括1913年度的史密斯獎[6]；1919年當選皇家學會院士[3]；1931年皇家學會貝克里安演講人；1934年皇家學會皇家獎章；1944年倫敦數學學會德摩根獎章；1949年被授予英國皇家天文學會金質獎章並在1953年入選愛丁堡皇家學會會員；1963年被授予皇家學會科普利獎章；1965年英國皇家氣象學會西蒙斯金質獎章（Symons Gold Medal）；被選為美國、挪威、瑞典和芬蘭國家科學院院士[6]。1929年－1931年任倫敦數學學會主席；1932年－1933年為皇家氣象學會主席。

以他名字命名的有：

月球上的查普曼環形山；阿拉斯加大學費爾班克斯分校西德尼·查普曼大樓，該大樓是阿拉斯加大學地球物理研究所第一所永久性建築，現在裡面有計算機科學系和數學和統計學系；美國地球物理聯盟舉辦的「查普曼會議」，這是一個小型專題會議，旨在促進關鍵領域的創新研究[18]；英國皇家天文學會為紀念他而設立的查普曼獎章[19]。

備註

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 西德尼·查普曼在數學譜系計畫的資料。
  2. ^ 卡恩, 弗蘭茲·丹尼爾. 《高层大气光度及其它性质的若干问题》. ethos.bl.uk (博士論文) (牛津大學). 1950年 [2017-10-20]. （原始內容存檔於2017-07-13）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 考林, T. G. 《西德尼·查普曼 1888年-1970年》. 皇家學會院士傳記. 1971, 17: 53. doi:10.1098/rsbm.1971.0003. 
  4. ^ 4.0 4.1 Akasofu, S. I. In memoriam Sydney Chapman. Space Science Reviews. 1970, 11 (5). Bibcode:1970SSRv...11..599A. doi:10.1007/BF00177026. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 Akasofu, S. I. The scientific legacy of Sydney Chapman. Eos, Transactions American Geophysical Union. 2011, 92 (34): 281–282. Bibcode:2011EOSTr..92..281A. doi:10.1029/2011EO340001. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 約翰·J·奧康納; 埃德蒙·F·羅伯遜, Chapman, MacTutor數學史檔案 （英語） 
  7. ^ Finding aid to papers of Sydney Chapman, Niels Bohr Library and Archives, accessed 7 September 2008
  8. ^ Sydney Chapman page at the Geophysical Institute of the University of Alaska, Fairbanks （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） includes sections from Sydney Chapman, Eighty, From His Friends, accessed 4 October 2008
  9. ^ Hockey, Thomas. The Biographical Encyclopedia of Astronomers. Springer Publishing. 2009 [2012-08-22]. ISBN 978-0-387-31022-0. （原始內容存檔於2014-08-26）. 
  10. ^ Keith B. Mather. Introduction to Sydney Chapman. Geophysical Institute. [2010-12-20]. （原始內容存檔於2010-12-07）. 
  11. ^ Acate Geophysica and Geodetica Hungarigca, 2009
  12. ^ Sydney Chapman, eighty: From His Friends By Sydney Chapman, Syun-Ichi Akasofu, Benson Fogle, Bernhard Haurwitz, University of Alaska (College). Geophysical Institute, National Center for Atmospheric Research (U.S.) Published by National Center for Atmospheric Research, 1968
  13. ^ Lucy Jago (2001). The Northern Lights. New York: Alfred A. Knopf. ISBN 0-375-40980-7
  14. ^ Schuster, A. The Origin of Magnetic Storms. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1911, 85 (575): 44. Bibcode:1911RSPSA..85...44S. doi:10.1098/rspa.1911.0019. 
  15. ^ Sydney Chapman; J. Bartels. Geomagnetism, Vol. I, Geomagnetic and Related Phenomena. Oxford Univ. Press. 1940. 
  16. ^ Sydney Chapman; J. Bartels. Geomagnetism, Vol. II, Analysis and Physical Interpretation of the Phenomena. Oxford Univ. Press. 1940. 
  17. ^ Schröder, W., Beiträge Geschichte der Geophysik und Kosmische Physik, Volume 2008
  18. ^ Chapman Conferences. [2011-08-28]. （原始內容存檔於2011-08-05）. 
  19. ^ Tayler, R.J. History of the Royal Astronomical Society: Volume 2 1920-1980. Oxford: Blackwell. 1987: 202. ISBN 0-632-01792-9. 
前任：
賀拉斯·蘭姆 		曼徹斯特大學應用數學拜爾席教授
1924年–1928年 		繼任：
愛德華·亞瑟·米爾恩
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